Электробезопасность на горных предприятиях

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2835 

Кафедра энергетики и энергоэффективности горной 
промышленности 

Г.М. Петров 
 
 

Электробезопасность 
на горных предприятиях 

 

Учебное пособие 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва  2016 

УДК 622.8:621.313 
 
П30 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, доц. О.Л. Дудченко 

Петров Г.М. 
П30  
Электробезопасность на горных предприятиях : учеб. пособие / Г.М. Петров. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2016. – 188 с. 
ISBN 978-5-87623-987-7 

Рассмотрены вопросы теории и практики по электробезопасности на горных и промышленных предприятиях. Описаны действие электрического тока 
и опасности поражения человека в различных однофазных и трехфазных 
электрических сетях. Рассмотрены меры защиты человека от поражения 
электрическим током: защитное заземление, защитное зануление и защитное 
отключение. 
При описании методического материала рассмотрены примеры расчетов 
величины тока, проходящего через тело человека, и допустимые значения 
напряжения прикосновения. 
Учебное пособие по дисциплине «Электробезопасность на горных предприятиях» может быть использовано студентами специализации «Электрификация и автоматизация горного производства» по направлению 21.05.04 
«Горное дело», студентами направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» по профилю подготовки «Управление энергоресурсами предприятий, организаций и учреждений» при выполнении практических и контрольных работ, а также студентами всех специализаций направления «Горное дело». 
УДК 622.8:621.313 

ISBN 978-5-87623-987-7 
 Г.М. Петров, 2016 
 
 НИТУ «МИСиС», 2016 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие ......................................................................................................... 6 
1. Действие электрического тока на организм человека ................................... 8 
1.1. Виды поражений электрическим током .................................................. 8 
1.2. Степень воздействия электрического тока на организм человека ..... 11 
1.3. Влияние продолжительности прохождения тока на исход  
поражения ....................................................................................................... 13 
1.4. Электрическое сопротивление тела человека ...................................... 15 
1.5. Влияние пути тока на исход поражения ............................................... 21 
1.6. Влияние частоты и рода тока на исход поражения .............................. 22 
1.7. Влияние индивидуальных свойств человека и окружающей среды .. 24 
1.8. Опасности поражения человека электрическим током ....................... 26 
2. Опасность поражения электрическим током в различных  
электрических сетях ........................................................................................... 29 
2.1. Однофазные сети..................................................................................... 29 
2.1.1. Сеть с изолированной нейтралью источника питания ................. 29 
2.1.2. Сеть с заземленным проводом ....................................................... 34 
2.2. Трехфазные сети ..................................................................................... 37 
2.2.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с нейтралью,  
заземленной через активное и индуктивное сопротивление ................. 37 
2.2.2. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной 
нейтралью ................................................................................................... 39 
2.2.3. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью .... 43 
2.2.3.1. Нормальный режим работы ..................................................... 43 
2.2.3.2. Аварийный режим работы ....................................................... 46 
3. Меры защиты от поражения электрическим током .................................... 50 
3.1. Классификация защитных мер электробезопасности .......................... 50 
3.2. Меры защиты от поражения электрическим током на горных 
предприятиях .................................................................................................. 54 
3.3. Защитное уравнивание и выравнивание потенциалов ......................... 56 
3.3.1. Уравнивание потенциалов .............................................................. 57 
3.3.2. Выравнивание потенциалов ............................................................ 59 
3.4. Электрическое разделение сетей ........................................................... 62 
3.5. Контроль и профилактика повреждений изоляции.............................. 64 
3.5.1. Классификация методов контроля параметров изоляции  
и токов утечки ............................................................................................ 65 
3.5.2. Устройства измерения параметров изоляции и токов утечки ..... 67 
3.6. Компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю ... 69 
3.7. Проектирование электрических сетей с учетом  
электробезопасности...................................................................................... 74 

3.7.1. Проектирование электрических сетей с изолированной 
нейтралью напряжением до 1140 В предприятий  
горнодобывающей отрасли ...................................................................... 74 
3.7.2. Проектирование электрических сетей с глухозаземленной 
нейтралью напряжением до 1 кВ ............................................................. 83 
4. Защитное заземление ..................................................................................... 88 
4.1. Защитное заземление в подземных горных выработках ..................... 88 
4.2. Защитное заземление на открытых горных работах............................ 91 
4.3. Расчет заземляющего устройства .......................................................... 93 
4.3.1. Расчет заземляющего устройства карьера .................................... 94 
4.3.2. Пример расчета заземлителя подстанции 6/0,4 кВ ..................... 104 
4.4. Измерение и контроль сопротивления заземляющего устройства ... 106 
4.4.1. Общие положения ......................................................................... 106 
4.4.2. Измерение сопротивления заземлителей .................................... 108 
4.4.3. Непрерывный автоматический контроль целостности 
заземляющей сети ................................................................................... 113 
4.4.3.1. Автоматический контроль в карьерной электрической  
сети ....................................................................................................... 113 
4.4.3.2. Автоматический контроль в подземных горных  
выработках ........................................................................................... 116 
5. Зануление ...................................................................................................... 123 
5.1. Назначение отдельных элементов схемы зануления ......................... 124 
5.1.1. Назначение нулевого защитного проводника ............................. 124 
5.1.2. Назначение заземления нейтрали ................................................ 126 
5.1.3. Назначение повторного заземления нулевого защитного 
проводника ............................................................................................... 128 
5.2. Расчет схемы зануления ....................................................................... 132 
5.2.1. Расчет на отключающую способность ........................................ 132 
5.2.2. Расчет сопротивления заземления нейтрали ............................... 143 
5.2.3. Расчет сопротивления повторного заземления ........................... 145 
6. Защитное отключение .................................................................................. 150 
6.1. Защитное отключение в электрических сетях с изолированной 
нейтралью источника питания ................................................................... 150 
6.1.1. Общие сведения ............................................................................. 150 
6.1.2. Устройство и принцип работы реле утечки  типа АЗУР ........... 152 
6.1.3. Реле утечки, встроенные в рудничные коммутационные 
аппараты и распределительные устройства .......................................... 157 
6.2. Защитное отключение в электрических сетях с  
глухозаземленной нейтралью источника питания .................................... 158 
6.3. Выбор устройства защитного отключения в электрических  
сетях с глухозаземленной нейтралью источника питания ....................... 162 
7. Защита от опасных последствий ................................................................. 164 
7.1. Защита от касания ковшом экскаватора контактного провода ......... 164 
7.1.1. Общие сведения ............................................................................. 164 

7.1.2. Классификация способов защиты от касания экскаватора 
контактного провода ............................................................................... 165 
7.1.3. Защитные устройства, не допускающие касания ковшом 
экскаватора контактного провода тяговой сети, находящегося  
под напряжением (класс 1) ..................................................................... 166 
7.1.3.1. Устройства, обеспечивающие снятие рабочего  
напряжения .......................................................................................... 166 
7.1.3.2. Устройства, предупреждающие касание ковшом  
экскаватора контактного провода ...................................................... 167 
7.1.4. Защитные устройства, отключающие тяговую сеть  
при касании ковшом экскаватора контактного провода (класс 2) ...... 168 
7.1.4.1. Устройства, создающие искусственное короткое  
замыкание контактного провода ........................................................ 168 
7.1.4.2. Устройства, реагирующие на величину тока,  
протекающего по заземляющему проводу ........................................ 172 
7.1.5. Защитные устройства, ограничивающие распространение 
опасности аварии при касании ковшом экскаватора контактного 
провода (класс 3) ..................................................................................... 177 
7.2. Защита от опасности при переходе напряжения с высшей  
стороны трансформатора на низшую ......................................................... 179 
Библиографический список ............................................................................. 186 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Электрификация предприятий горнодобывающей отрасли имеет 
важное значение как основная энергетическая база комплексной механизации и автоматизации горных работ. Современные предприятия 
горной промышленности являются крупными потребителями электрической энергии, имеющие характерные особенности, связанные с 
условиями работы машин и механизмов на карьерах и в подземных 
горных выработках (газовая среда, большая водообильность и ряд 
других специфических горно-геологических факторов).  
Специфика условий горных предприятий обусловила ряд специальных требований к электроснабжению предприятий, к исполнению 
электрооборудования, применяемого на открытых и подземных горных работах. Это, в свою очередь, потребовало решения многих проблем, связанных с безопасным применением электрической энергии, 
с защитой персонала от поражения электрическим током и т.п. К 
числу специфических особенностей электрификации горных предприятий относятся: 
• разбросанность передвижных горных машин различной мощности на больших площадях, что усложняет эксплуатацию, систему 
подвода и распределения электроэнергии; 
• постоянная работа электромеханического оборудования в условиях неблагоприятных атмосферных воздействий (температура, 
влажность, запыленность), что предъявляет повышенные требования 
к изоляции токоведущих частей электроустановок и кабелей; постоянное и периодическое перемещение рабочих машин и электрооборудования по мере развития горных работ; 
• повышенная опасность поражения электрическим током, существующая при эксплуатации электрооборудования на горных предприятиях; требуется обязательное применение различных устройств 
контроля изоляции и защитного отключения, особое внимание к устройству и контролю защитного заземления передвижных электроустановок. 
В данном учебном пособии рассматриваются основные виды опасностей, связанные с поражением человека электрическим током в системах электроснабжения горных предприятий с разными режимами 
нейтрали источника питания. Подробно изложены меры защиты от 
поражения электрическим током, основными из которых являются 
защитное заземление, защитное отключение, зануление, уравнивание 

и выравнивание потенциалов. В пособии приведены примеры для различных случаев действия электрического тока на организм человека, 
получены допустимые величины напряжения прикосновения и тока. 
Учебное пособие написано в соответствии с программой курса 
«Электробезопасность на горных предприятиях» для студентов специализации «Электрификация и автоматизация горного производства» по направлению «Горное дело» и в соответствии с программой 
курса «Основы электробезопасности» для студентов направления 
«Электроэнергетика и электротехника» профиля подготовки «Управление энергоресурсами предприятий, организаций и учреждений». 
Изложение данного курса базируется на материале дисциплин 
«Электрические и электронные аппараты», «Элементы систем автоматики», «Основы электроснабжения». 

1. ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА 
НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА 

1.1. Виды поражений электрическим током 

Действие электрического тока на живой организм в отличие от 
других факторов (пар, химические вещества, излучения и т.п.) носит 
разносторонний и своеобразный характер: при протекании через организм человека электрический ток производит термическое, электролитическое и биологическое воздействие. 
Термическое действие электрического тока проявляется в ожогах 
отдельных участков кожи, нагреве до высокой температуры кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства. 
Электролитическое действие электрического тока выражается в 
разложении органической жидкости, в том числе и крови, что вызывает значительные нарушения их физико-химического состава. 
Биологическое действие электрического тока проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, протекающих в 
нормально действующем организме и теснейшим образом связанных 
с его жизненными функциями. 
Многообразие действий электрического тока на живой организм 
нередко приводит к различным электротравмам, которые можно разделить на два вида: местные электротравмы, при которых возникает 
местное повреждение организма, и общие электротравмы, при которых поражается весь организм из-за нарушения нормальной деятельности жизненно важных органов и систем. 
К местным электрическим травмам относятся: электрические 
ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия: 
электрический ожог в зависимости от условий возникновения делится на два основных вида: токовый (или контактный), который 
возникает при прохождении тока непосредственно через тело человека в результате контакта человека с токоведущей частью, и дуговой, который возникает при воздействии на тело человека электрической дуги; 
электрические знаки, именуемые знаками тока или электрическими метками, представляют собой резко очерченные пятна серого или 

бледно-желтого цвета на поверхности тела человека, подвергнувшегося действию электрического тока; 
металлизация кожи возникает при проникновении в верхние слои 
кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под воздействием электрической дуги; 
механические повреждения являются следствием резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через человека. В результате могут произойти разрывы сухожилий, кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани; могут иметь 
место вывихи суставов и даже переломы костей; 
электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз, возникающая при наличии электрической дуги, которая является источником интенсивного излучения не только видимого света, но и ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.  
Общие электротравмы: 
Электрический удар – возбуждение живых тканей организма протекающим через него током, сопровождающееся непроизвольными 
судорожными сокращениями мышц. В зависимости от исхода поражения электрические удары делятся на четыре степени: 
I – судорожные сокращения мышц без потери сознания; 
II – судорожные сокращения мышц с потерей сознания, но с сохранением дыхания и работой сердца; 
III – потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или 
дыхания (или того и другого вместе); 
IV – клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения. 
Человек, находящийся в состоянии клинической смерти, не дышит, его сердце не работает, болевые раздражения не вызывают ответных реакций. Длительность клинической смерти определяется 
временем с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания 
до начала гибели клеток головного мозга, в большинстве случаев она 
составляет 4...5 мин. В состоянии клинической смерти пострадавшего путем воздействия на его органы дыхания и кровообращения возможно оживление умирающего организма. 
После клинической смерти наступает биологическая смерть, т.е. 
необратимое явление, характеризующееся прекращением биологических процессов в клетках и тканях организма и распадом белковых 
структур. 
Основными причинами смерти от электрического тока являются:  
• прекращение работы сердца; 

• прекращение деятельности органов дыхания; 
• электрический шок. 
Прекращение работы сердца при электротравме называется фибрилляцией, т.е. хаотическими и разновременными сокращениями волокон сердечной мышцы (фибрилл), при которых сердце перестает 
выполнять функции насоса и не в состоянии обеспечить движение 
крови по сосудам. В результате в организме нарушается кровообращение и, как следствие, прекращается доставка кислорода кровью из 
легких к тканям и органам, что и вызывает гибель организма. 
Прекращение дыхания вызывается прямым и в некоторых случаях 
рефлекторным воздействием тока на мышцы грудной клетки, участвующие в процессе дыхания. Затруднение дыхания испытывается уже 
при поражении переменным током порядка нескольких мА, при этом 
оно усиливается с ростом силы тока. При длительном (несколько минут) воздействии такого тока наступает асфиксия (удушье) в результате недостатка кислорода и избытка углекислоты в организме. Дыхание 
останавливается также в результате кратковременного (несколько секунд) воздействия относительно большого тока (сотни миллиампер). 
Электрический шок – тяжелая нервно-рефлекторная реакция в ответ на сильное раздражение электрическим током. Она сопровождается опасными расстройствами кровообращения, дыхания, обмена 
веществ и т.п. Шоковое состояние может длиться различное время 
(от нескольких минут до суток), после чего наступает либо гибель 
организма в результате полного угасания жизненно важных функций, либо выздоровление после своевременного активного лечебного 
вмешательства. 
Опасность воздействия электрического тока на организм человека 
зависит от ряда факторов, основными из которых являются: 
– величина и род тока; 
– приложенное напряжение; 
– длительность воздействия электрического тока; 
– частота тока; 
– электрическое сопротивление тела человека; 
– путь прохождения электрического тока; 
– состояние кожного покрова, площадь соприкосновения с током 
и токоведущими частями; 
– индивидуальные свойства человека и т.п.